專利名稱：一種用于芳綸的抗光老化整理液及其整理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于芳綸的抗光老化整理液及其整理方法，具體地說涉及一種含 PEG的TiO2抗光老化整理液及其對芳綸的抗光老化整理方法，屬于抗光老化處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
芳綸是由美國杜邦公司最先開始研制的一種芳香族聚酰胺纖維，因具有超高強(qiáng) 度、高模量和耐酸耐堿、耐高溫、重量輕等優(yōu)良性能，而被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)復(fù)合材料、防護(hù)材 料、橡膠增強(qiáng)材料、纜繩和光纜、工業(yè)織物、建筑結(jié)構(gòu)加固材料、摩擦材料和密封材料等領(lǐng) 域。但由于結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)共軛雙鍵這種強(qiáng)的紫外吸收基團(tuán)，導(dǎo)致芳綸在紫外線照射下易 發(fā)生光老化降解，導(dǎo)致制品機(jī)械性能會逐漸下降，產(chǎn)生變脆、龜裂和發(fā)黃現(xiàn)象甚至完全損壞 無法使用。芳綸普遍采用后整理涂層工藝來達(dá)到抗光老化的目的，在現(xiàn)有眾多工藝中，溶 膠-凝膠法由于克服了傳統(tǒng)涂層存在的透氣性差、附著力差、手感發(fā)硬、表面不光潔、牢 度差等缺陷，被公認(rèn)為目前最有效的抗光老化后整理方法。高基偉等人(光催化型TiO2 溶膠的制備和分析.電子元件與材料.2006，8，39)將鈦酸丁酯、水、無水乙醇、鹽酸按照 1 175 7.5 0.07的摩爾比制備了淡黃色半透明的TiO2溶膠；邢彥軍等人(專利公 開號CN 1837455A)改進(jìn)了溶膠制備工藝，未使用傳統(tǒng)TiO2溶膠制備過程中使用的有機(jī)醇 類，因此污染小、成本低?，F(xiàn)有的提高芳綸的抗老化性的溶膠_凝膠處理工藝存在兩方面的缺陷。第一，TiO2凝膠涂層對于紫外光的屏蔽主要是通過光散射的方式，而大量研究已 證實直徑在50nm左右的微粒對紫外光的散射能力最強(qiáng)。以往的TiO2抗光老化整理液由于 缺少有效的活性劑和分散劑成分，在處理芳綸表面后，得到的涂層中的納米微粒在高溫干 燥后往往會發(fā)生團(tuán)聚，如圖4所示，使得最終的直徑分布大于幾百納米，從而影響了 TiO2凝 膠涂層的光散射能力。第二，溶膠溶液在芳綸表面的涂覆過程，只是通過簡單浸漬來實現(xiàn)，往往無法達(dá)到 在芳綸表面均勻包裹的目的，如圖5所示；且整理后的芳綸纖維的抗光老化性能較差，經(jīng)過 光老化加速試驗結(jié)果表明整理后的芳綸纖維的抗光老化性能僅提高了 65%左右。因此，從上述兩方面入手改進(jìn)芳綸的溶膠_凝膠處理工藝對于進(jìn)一步提高芳綸的 抗光老化性能具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)制備的芳綸抗光老化整理液易發(fā)生團(tuán)聚，芳綸 表面包裹不均勻等缺陷，而提供一種用于芳綸的抗光老化整理液及其整理方法。本發(fā)明通過溶膠-凝膠法以鈦酸酯偶聯(lián)劑為前驅(qū)物，水為溶劑，鹽酸為催化劑， PEG為分散劑，制備了穩(wěn)定均一的TiO2溶膠整理液；加熱到一定溫度后，在超聲輔助下將芳 綸纖維、紗線或織物浸入該溶膠溶液中，從而實現(xiàn)在芳綸纖維、紗線或織物表面形成均勻的抗光老化凝膠涂層。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種用于芳綸的抗光老化整理液，其具體制備步驟如下1)將濃度為36%鹽酸在攪拌條件下30 50分鐘內(nèi)滴加到去離子水中，攪拌混合 均勻；2)將第1)步得到的混合液升溫到60 80°C后，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑，攪拌反應(yīng)2 4小時；3)將第2)步攪拌反應(yīng)后的混合液冷卻至室溫，滴加PEG，繼續(xù)反應(yīng)10 30分鐘， 得到目標(biāo)產(chǎn)物。所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑為鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四丁酯中的一種或一種 以上；所述的PEG為分子量在200 3500的PEG中的一種或一種以上；所述的鈦酸酯偶聯(lián) 劑、鹽酸、去離子水的摩爾比為1 0.5 0.8 122 178 ；所述的PEG在整理液中的濃 度為 0. 005 0. 015kg/L。本發(fā)明的抗光老化的整理液對芳綸的整理方法，具體步驟如下在60 90°C，超 聲條件下，將芳綸纖維、芳綸紗線或芳綸織物浸泡在上述抗光老化整理液中，超聲15 30 分鐘，取出晾干，于100 150°C干燥30分鐘，抗光老化整理完成。其中，芳綸纖維與上述抗光老化整理液的浴比為1 20，芳綸紗線與上述抗光老 化整理液的浴比為1 40，芳綸織物與上述抗光老化整理液的浴比為1 40。有益效果針對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明采用PEG作為分散劑在溶液中能夠形成膠團(tuán)，且直徑分布在10-50nm， 膠團(tuán)尺寸大小限定了所生成產(chǎn)物的大小和形狀，因此可以得到尺寸大小、粒子形態(tài)可控的 納米微粒，并且可阻止納米粒子在高溫固化過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，保持粒子尺寸分布的穩(wěn)定 性。(2)后整理工序中，本發(fā)明采用升溫超聲法提高了 TiO2抗光老化整理液在芳綸表 面的涂覆效果。一方面適度的升溫能進(jìn)一步增強(qiáng)鈦酸酯偶聯(lián)劑的“橋連”作用，使芳綸表面 形成的三維凝膠體系更加牢固，增強(qiáng)涂層的耐久性；另一方面，超聲作用能通過降低浸漬體 系的粘度和表面張力，增加對芳綸的浸潤性，并且利用超聲空化作用產(chǎn)生的高壓強(qiáng)迫浸漬 液浸漬芳綸，可以大大改善二者的浸潤性。(3)抗紫外能力優(yōu)異，與未經(jīng)過該方法整理過的芳綸纖維、紗線或者織物相比，整 理后的芳綸纖維、紗線或者織物的抗光老化性能提高了 80%以上，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有整理液的抗 光老化性能。


圖1為實施例1的抗光老化整理液經(jīng)動態(tài)光反射粒徑分析儀得到的粒徑分布圖；圖2為實施例1的抗光老化整理液在玻璃片上形成的涂層高溫200°C干燥后的掃 描電鏡圖；圖3為按照實施例1方式處理后的芳綸纖維的掃描電鏡圖；圖4為傳統(tǒng)TiO2抗光老化整理液在玻璃片上形成的涂層高溫200°C干燥后的掃描電鏡照片；圖5為傳統(tǒng)TiO2抗光老化整理液處理芳綸纖維后的掃描電鏡圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實施例1 (1)制備抗光老化整理液將0. 15kg濃度為36%鹽酸溶液在30分鐘內(nèi)滴加到6. 5kg去離子水中，攪拌混合 均勻并將體系升溫到60°C后，加入Ikg鈦酸四丁酯，攪拌反應(yīng)2小時后，將反應(yīng)體系冷卻至 室溫后滴加0. 03kg的PEG，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘后即得到透明或半透明的TiO2水溶膠，即本發(fā) 明的抗光老化整理液。經(jīng)動態(tài)光反射粒徑分析儀得到該整理液的粒徑分布圖，如圖1所示， 水溶膠中TiO2粒子的直徑分布在50nm以下，且大部分處于20-40nm ；該整理液在玻璃片上 形成的涂層高溫200°C干燥后的掃描電鏡照片，如圖2所示。由于PEG所形成的膠團(tuán)尺寸較 大，因此得到的納米二氧化鈦晶粒也較分散，形成了一種嵌入式的孤島狀結(jié)構(gòu)，晶粒的直徑 為50nm左右。(2)芳綸纖維的抗光老化整理將上述含PEG的TiO2抗光老化整理液的容器預(yù)升溫到60°C后，置于超聲水浴中， 通過調(diào)節(jié)水浴的溫度保持整理液中的溫度始終保持在60°C，將芳綸纖維在整理液中按照 1 20的浴比浸泡，超聲30分鐘后，取出晾干，于100°C干燥30分鐘，抗光老化整理完成， 處理后的芳綸纖維的掃描電鏡圖如圖3所示，纖維表面被均勻地涂覆上TiO2凝膠。光老化 加速試驗結(jié)果表明整理后的芳綸纖維的抗光老化性能提高了 82%。實施例2 (1)制備抗光老化整理液將0. 15kg36%鹽酸溶液在30分鐘內(nèi)滴加到9kg去離子水中，攪拌混合均勻并將 體系升溫到70°C后，加入Ikg鈦酸四丁酯，攪拌反應(yīng)2小時后，將反應(yīng)體系冷卻至室溫后滴 加0. Ikg的PEG，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘后即得到透明或半透明的TiO2水溶膠，即本發(fā)明的抗光 老化整理液。(2)芳綸紗線的抗光老化整理將含PEG的TiO2抗光老化整理液的容器預(yù)升溫到60°C后，置于超聲水浴中，通過 調(diào)節(jié)水浴的溫度保持整理液中的溫度始終保持在60°C，將芳綸紗線在整理液中按照1 40 的浴比浸泡，超聲30分鐘后，取出晾干，于100°C干燥30分鐘，抗光老化整理完成，抗光老化 整理完成。光老化加速試驗結(jié)果表明整理后的芳綸纖維的抗光老化性能提高了 83%。實施例3 (1)制備抗光老化整理液將0. 15kg36%鹽酸溶液在30分鐘內(nèi)滴加到9kg去離子水中，攪拌混合均勻并將 體系升溫到70°C后，加入Ikg鈦酸四丁酯，攪拌反應(yīng)2小時后，將反應(yīng)體系冷卻至室溫后滴 加0. Ikg的PEG，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘后即得到透明或半透明的TiO2水溶膠，即本發(fā)明的抗光 老化整理液。(2)芳綸織物的抗光老化整理
將含PEG的TiO2抗光老化整理液預(yù)的容器升溫到80°C后，置于超聲水浴中，通過 調(diào)節(jié)水浴的溫度保持整理液中的溫度始終保持在80°C，將芳綸織物在整理液中按照1 40 的浴比浸泡，超聲30分鐘后，取出晾干，于150°C干燥30分鐘，抗光老化整理完成。光老化 加速試驗結(jié)果表明整理后的芳綸纖維的抗光老化性能提高了 81%。
權(quán)利要求
一種用于芳綸的抗光老化整理液，其特征在于具體制備步驟如下1)將濃度為36％鹽酸在攪拌條件下30～50分鐘內(nèi)滴加到去離子水中，攪拌混合均勻；2)將第1)步得到的混合液升溫到60～80℃后，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑，攪拌反應(yīng)2～4小時；3)將第2)步攪拌反應(yīng)后的混合液冷卻至室溫，滴加PEG，繼續(xù)反應(yīng)10～30分鐘，得到目標(biāo)產(chǎn)物；所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑為鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四丁酯中的一種或一種以上；所述的PEG為分子量在200～3500的PEG中的一種或一種以上；所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑、鹽酸、去離子水的摩爾比為1∶0.5～0.8∶122～178；所述的PEG在整理液中的濃度為0.005～0.015kg/L。
2.如權(quán)利要求1所述的抗光老化的整理液對芳綸的整理方法，其特征在于具體步驟如 下在60 90°C，超聲條件下，將芳綸纖維、芳綸紗線或芳綸織物浸泡在上述抗光老化整理 液中，超聲15 30分鐘，取出晾干，于100 150°C干燥30分鐘，抗光老化整理完成；其中， 芳綸纖維與上述抗光老化整理液的浴比為1 20，芳綸紗線與上述抗光老化整理液的浴比 為1 40，芳綸織物與上述抗光老化整理液的浴比為1 40。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于芳綸抗光老化的整理液及其整理方法，屬于抗光老化處理領(lǐng)域。本發(fā)明運(yùn)用溶膠-凝膠技術(shù)，以鈦酸酯類化合物為前驅(qū)體，鹽酸為催化劑，PEG為分散劑，制備抗光老化整理液；加熱到一定溫度后，在超聲輔助下將芳綸纖維、紗線或織物浸入該整理液，使其表面形成均勻的抗光老化凝膠涂層。本發(fā)明利用PEG在溶液中能形成微膠團(tuán)的能力，獲得了尺寸大小、粒子形態(tài)可控的納米微粒，并且利用升溫超聲法使凝膠涂層在芳綸表面的附著更加均勻、牢固，從而賦予芳綸纖維、紗線或者織物更優(yōu)異持久的抗光老化性能。
文檔編號D06M15/53GK101892582SQ201010246948
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者何學(xué)秋, 劉吉平, 劉振翼, 錢新明, 陳威 申請人:北京理工大學(xué)